一种模块化多电平换流器的快速充电方法、系统及介质与流程

本发明涉及柔性直流输电，具体涉及一种模块化多电平换流器的快速充电方法、系统及介质。

背景技术：

1、由于模块化多电平换流器通常含有数十个至千个子模块(主要由电力电容器、二极管、igbt组成)，所以若充电速率过慢，则会存在已有充电完成的子模块电压衰减。根据每相桥臂投入的电容电压之和为线电压峰值，电容数量逐步减少，剩余子模块电压会逐步升高的基本原理，而进行预充电。充电过程主要分两个阶段，第一充电过程即全部子模块投入后，逐步切除子模块，直至投入的子模块中某个子模块电压达到其额定值结束；第二充电过程是在第一充电过程中，某个子模块电压达到额定值时，将其切除，并投入余下未充好电的子模块，如此反复，直至充电完成。

2、根据每相桥臂投入的电容电压之和为线电压峰值，电容数量逐步减少，剩余子模块电压会逐步升高的基本原理，而进行预充电方法有多种，其中，代表性的有：(1)子模块分批次投入、定电压切除的充电方法，但是这种方法默认子模块参数完全一致，充电速率完全相同的要求，实践性较弱；(2)在第一充电过程中，定时、逐一去除子模块；在第二充电过程中，切除已充好电的子模块后，先投入余下待充电的子模块中电压最低者。此种方法在第一充电过程中，存在若时间间隔取得不当，会存在切除前一个子模块所引起的充电电流尚未衰减到一定程度，又切除一个电压更高的子模块，引起更大的充电电流相叠加，出现充电电流不断变大、振荡的充电电流，且充电电流衰减时间常数变大，发热严重，易损坏电路或换流器，同时在第二充电过程中会出现充电电流过大的现象；(3)在第一充电过程中，定电压、逐一切除；在第二充电过程中，切除已充好电的子模块后，先投入余下待充电的子模块中电压最低者。在第一充电过程中，每次切除一个子模块时，等余下投入的子模块电压上升到线电压峰值时作为切除实践依据，逐一切除。由于第一充电过程后期，充电电流迅速下降，电容充电速率也迅速降低，此种方法在每一次切除子模块时，都会消耗大量的时间在这段时间上，同时也存在第二充电过程中，充电电流过大的问题；(4)在第一充电过程中，有以一定频率、逐一切除子模块中电压最高者；在第二充电过程中，切除已充好电的子模块后，先投入余下待充电的子模块中电压最低者。该种方法是由于子模块数目减少，时间常数逐渐变大，电路参数也不断变化，需实时不断计算频率的大小，计算复杂，也存在第二充电过程中，充电电流过大的问题。

3、以往每种方法，在第二充电过程起始时，切除已充好电的子模块后，先投入余下待充电的子模块中电压最低者；由于所有子模块参数基本相同，第二充电过程初期中，原本子模块(即所有子模块中，有一个子模块的电压达到其额定值时刻且未切除时刻正投入充电的子模块)几乎同时到达子模块额定电压值而切除，若此时先投入余下待充电的子模块中电压最低者，则充电电路中电压跌落很大，充电电流将很大，且电流衰减很慢，易导致设备发热异常故障等。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：传统的充电方法存在充电电路中电压跌落大，充电电流大，且电流衰减慢，易导致设备发热异常故障等问题，本发明目的在于提供一种模块化多电平换流器的快速充电方法、系统及介质，在传统充电方法的基础上进行方法上的改进，在第一充电过程中，依据充电电流与阈值电流确定是否切除子模块，避开了充电前期由于充电电流降低、子模块电压上升缓慢的过程；在第二充电过程中，结合充电电流幅值控制方法和子模块的投入优化方法确定切除或投入子模块的时间和选择标准，使所有待充电的子模块的充电速率在一定范围内。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供一种模块化多电平换流器的快速充电方法，包括方法：

4、将模块化多电平换流器的整个充电过程划分成第一充电过程和第二充电过程；所述模块化多电平换流器包括m个子模块；

5、在第一充电过程中，设置电流阈值，根据充电电流与电流阈值的关系确定是否切除子模块；在第二充电过程中，依据充电电流幅值和子模块投入优化方法，确定切除或投入子模块的时间和选择标准。

6、本方案工作原理：本发明目的在于提供一种模块化多电平换流器的快速充电方法、系统及介质，在传统充电方法的基础上进行方法上的改进，在第一充电过程中，依据充电电流与阈值电流确定是否切除子模块，避开了充电后期由于充电电流降低、子模块电压上升缓慢的过程；在第二充电过程中，结合充电电流幅值控制方法和子模块的投入优化方法，确定切除或投入子模块的时间和选择标准，使所有待充电的子模块的充电速率在一定范围内。

7、进一步优化方案为，所述第一充电过程包括：所有子模块开始投入充电至第一个子模块充电完成；

8、所述第二充电过程包括：有一个子模块充电完成至所有子模块充电完成。

9、进一步优化方案为，所述在第一充电过程中，设置电流阈值，根据充电电流与电流阈值的关系确定是否切除子模块，包括方法：

10、s1，将模块化多电平换流器中所有子模块投入充电；

11、s2，获取当前时刻的充电电流is，将当前时刻的充电电流is与电流阈值izd比较，若is＞izd，则不动作；否则，切除n个子模块；n≤m；

12、s3，获取已投入充电子模块的电压，将各已投入充电子模块的电压与对应额定电压比较，若各已投入充电子模块的电压均小于对应额定电压，则返回步骤s2；

13、s4，对于电压幅值等于对应额定电压的已投入充电子模块，切除当前已投入充电子模块；获取未投入充电子模块的电压，并将电压最高的未投入充电且充电未完成子模块投入充电。

14、进一步优化方案为，在第二充电过程中，依据充电电流幅值和子模块投入优化方法，确定切除或投入子模块的时间和选择标准，包括方法：

15、g1，获取已投入充电子模块的电压，基于电压判断各已投入充电子模块是否充电完成；若已投入充电子模块均未完成充电，则不动作，并进入步骤g2；否则，切除已投入充电子模块中的充电完成的子模块，并进入步骤g3；

16、g2，获取当前时刻的充电电流is，检测当前时刻的充电电流is是否在izd与imax之间，若is＜izd，则找出电压最低的已投入充电子模块a，切除充电子模块a，从而增大充电电流，提升充电速率；若is＞imax，则找出电压最高的未投入充电子模块b，投入充电子模块b，从而减少充电电流，保障安全；若is在izd与imax之间，则不动作，并返回步骤g1；

17、g3，检测未投入充电子模块是否都充电完成，若是，则不动作，并进入步骤g4；否则，获取未投入充电且充电未完成子模块的电压，将电压最高的未投入且充电未完成子模块投入充电，并返回步骤g2；

18、g4，重复执行步骤g3，直至所有子模块切除完毕，然后锁定所有子模块。

19、进一步优化方案为，设置电流阈值的方法包括：

20、根据下式计算电流阈值izd：

21、izd＝k*imax

22、其中，k为可靠系数，imax为充电桥臂安全运行时允许的最大电流。

23、进一步优化方案为，在第一充电过程中，还根据充电电流与电流阈值的关系确定出n。

24、进一步优化方案为，n的确定方法包括：

25、

26、其中，round()为向下取整函数，为切除预时刻的电压向量、为切除预时刻的电流向量、为切除预时刻充电的子模块平均电压、ω电网的电角度、c为单个子模块的电容值；为电流阈值向量。

27、进一步优化方案为，n的确定方法还包括：

28、

29、式中，round()为向下取整函数，ucn为子模块额定电压，为切除预时刻充电的子模块平均电压。

30、在第一充电过程中，通过上述方法确保切除子模块时，不会出现过电流故障，且保证每次切除子模块后，投入的子模块得到足够的充电时间，达到理想的充电速度；同时在保证充电电流可控的前提下，大大减少了切除子模块的次数，提升充电速率。

31、同时针对第二充电过程中，投入待充的电子模块方法提出了改进，在投入的子模块电压达到其额定电压，而将其切除后，先投入余下待充电的子模块中电压最高者，同时结合充电电流幅值控制方法，投切子模块，使充电电流在规定范围内，让整个第二充电过程在一个合理的充电速率内快速充电。

32、本方案还提供一种模块化多电平换流器的快速充电系统，用于实现上述的一种模块化多电平换流器的快速充电方法，所述系统包括：

33、划分模块，用于将模块化多电平换流器的整个充电过程划分成第一充电过程和第二充电过程；所述模块化多电平换流器包括m个子模块；

34、第一操作模块，用于在第一充电过程中，设置电流阈值，根据充电电流与电流阈值的关系确定是否切除子模块；

35、第二操作模块，用于在第二充电过程中，依据充电电流幅值和子模块投入优化方法，确定切除或投入子模块的时间和选择标准。

36、本方案还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如上述的一种模块化多电平换流器的快速充电方法。

37、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

38、本发明提供的一种模块化多电平换流器的快速充电方法、系统及介质，在传统充电方法的基础上进行方法上的改进，在第一充电过程中，依据充电电流与阈值电流确定是否切除子模块，避开了充电后期由于充电电流降低、子模块电压上升缓慢的过程；在第二充电过程中，结合充电电流幅值控制方法和子模块的投入优化方法，在第二充电过程中，依据充电电流幅值和子模块投入优化方法，确定切除或投入子模块的时间和选择标准，使所有待充电的子模块的充电速率在一定范围内。